基于网络处理器的网络编码实现及优化

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于网络处理器的网络编码实现及优化学校：上海交通大学院系：电子信息与电气工程学院班级：B0803392学号：1080339040硕士生：曹朋专业：计算机软件与理论导师：过敏意（教授）上海交通大学电子信息与电气工程学院2011年1月19日万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheMasterDegreeIMPLEMENTATION&OPTIMIZATIONOFNETWORKCODINGONNETWORKPROCESSORAuthor：CaoPengSpecialty:Comput

2、erSoftwareandTheoryAdvisor:Prof.GuoMinyiSchoolofElectronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary19,2011万方数据万方数据万方数据上海交通大学工学硕士学位论文摘要基于网络处理器的网络编码实现及优化摘要随着网络技术的飞速发展，基于网络平台的应用和服务越来越普遍，电子信箱、搜索引擎、电子商务等使得人类的生活方式发生了巨大的改变，网络为人们提供了一种快捷、便利的交流手段，将整个世界紧密的联系在一起。同时，网络应用的增加

3、，使得数据传输量成倍的增加，网络路由设备的传输任务也日益增加，网络设备的更新很难满足日益增长的数据传输量的要求。在这种情况下，网络编码技术应运而生。网络编码技术打破了传统网络中节点简单的接收、存储、转发模式，允许节点对数据做编码处理，并通过网络多播技术传输到目的节点，目的节点接收到编码后的数据，经过译码处理后可以得到原始数据。经证明，网络编码可以使多播传输实现理论上的最大传输容量，从而提高网络带宽的利用率和吞吐量。网络编码技术的研究，有着很大的现实意义，并成为近年的热点。网络处理器是用于网络传输的专用处理器，具有功耗低、处理速度快、并行度高的优点。Intel的IXP系列网络处理器具

4、有多核多线程的架构，其中IXP2850网络处理器具有16个微引擎，每个微引擎有8个硬件线程，可以达到10Gbps的传输速度。Netronome公司在IXP2850处理器的基础上推出了新一代网络处理器NFP3240，将微引擎升级到40个，并扩展了网络接口，使得NFP3240可以达到40Gbps的传输速度。第I页万方数据上海交通大学工学硕士学位论文摘要本文将网络编码技术实现在NFP3240网络处理器上，并做了大量优化工作。本文针对编码过程的特点和NFP3240网络处理器的硬件特性，设计并实现了基于行划分的编码算法，观察到访存操作对网络处理器编码性能的影响后，本文提出了基于cluster

5、localscratchpad的数据预取算法，并获得了超过28MB/s的吞吐量。本文还充分利用了网络处理器流水线处理的特点，利用微引擎之间的寄存器通道传递数据，实现了行优先的流水线编码算法和列优先的流水线编码算法，两种算法分别达到了21.65MB/s和33.88MB/s的最大吞吐量。本文的主要贡献在于将网络编码技术在网络处理器上实现和优化，并根据网络处理器的流水线特性，提出了几种编码算法。从实验结果得出结论，列优先的流水线编码算法，充分利用了网络处理器的流水线通道，将访存操作降低到最少，是最适合在网络处理器上应用的编码算法。关键词：网络编码，NFP3240网络处理器，多核，多线程第

6、II页万方数据上海交通大学工学硕士学位论文ABSTRACTIMPLEMENTATION&OPTIMIZATIONOFNETWORKCODINGONNETWORKPROCESSORABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofnetworktechnology,web-basedapplicationsandservicesarebecomingmoreandmorepopular.Forexample,webservicessuchasemails,searchengines,e-commerce,havebroughtgreatchangestohu

7、manlives.Networkshaveprovidedaquickandconvenientmeansofcommunication,thuslinkingthewholeworldtogetherclosely.Atthesametime,increasingwebapplicationsalsomakethedatatrafficincreaseexponentially,addingadditionalburdenstorouters.Theupdating